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Die Erfindung betnfft einen hydraulischen Schlaghammer, an dem ein Bohrgestänge zur Durchführung von Erdbohrungen befestigt werden kann
In EP 0 203 282 B1 ist ein hydraulischer Schlaghammer beschrieben, der einen in einem Arbeitszylinder bewegbaren Arbeitskolben und einen in einem Steuerzylinder bewegbaren Steuer- kolben enthält Der Arbeitszylinder ist mit dem Steuerzylinder über hydraulische Leitungen derart verbunden, dass der Arbeitskolben und der Steuerkolben sich gegenseitig steuern, wobei der Arbeitskolben hin- und hergehend bewegt wird und dabei Schläge auf ein Einsteckende ausübt An dem Einsteckende wird das Bohrgestänge befestigt Ferner kann das Einsteckende durch einen Drehantneb gedreht werden
Zum Vortreiben des Bohrgestänges im Bohrloch drückt auf das Hammergehäuse eine Vor- schubvorrichtung, die das Hammergehäuse nach vorne (gegen das Bohrloch) treibt,
während der Arbeitskolben Schlage auf das Einsteckende ausübt Zum Herausziehen des Bohrgestänges aus dem Bohrloch wird das Hammergehäuse zuruckgezogen Dabei kann es vorkommen, dass der Bohrstrang oder die Bohrkrone im Bohrloch hängenbleibt und das Zurückziehen behindert.
Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Schlaghammer zu schaffen, der das Zuruckziehen eines Bohrgestänges mit Hilfe von Druckstössen erleichtert.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1
Nach der Erfindung ist am rückwärtigen Ende des Gehäuses ein Druckraum vorgesehen, in dem der Arbeitskolben bei seinen Rückhüben Druckimpulse erzeugen kann. Diese Druckimpulse werden über eine Leitung auf eine am vorderen Ende des Hammergehäuses vorgesehene Dampfungseinrichtung übertragen, wodurch die Dämpfungseinrichtung einen nach hinten gerich- teten Druckstoss auf das von ihr abgestützte Einsteckende ausübt. Dadurch wird erreicht, dass am Ende des Rückhubes des Arbeitskolbens ein Ruckzugsimpuls auf das am Einsteckende befestigte Bohrgestänge ausgeübt wird, so dass das Bohrgestänge stossartig beaufschlagt wird und bei Ver- klemmungen oder Verhakungen besser freikommt.
Diese Druckimpulserzeugung erfolgt vorzugs- weise nur dann, wenn das Hammergehäuse zurückgezogen wird, während sie bei Schlägen, die vom Hammerkolben auf das Einsteckende ausgeübt werden, abgeschaltet sein kann. Die Benutzung des Schlaghammers zum Freistossen des Bohrgestänges beim Zurückziehen setzt voraus, dass der Arbeitskolben während des Zurückziehens betätigt wird, wobei er in der Regel allerdings keine Schlage auf das Einsteckende ausübt, weil das Einsteckende mit axialem Spiel in dem Hammergehäuse angeordnet ist und beim Zurückziehen von dem Arbeitskolben nicht erreicht wird
Die Erzeugung der Druckimpulse in dem Druckraum am rückwärtigen Ende des Hammer- gehäuses ist wahlweise einschaltbar Wahrend des Vorschubbetnebes des Hammergehäuses ist die Erzeugung der Druckimpulse nicht erforderlich Wenn die Druckimpulse benötigt werden,
kann entweder aus dem Druckraum heraus ein Ambosskolben vorgeschoben werden, der dann von dem Arbeitskolben erreicht wird, oder die Ruckhublänge des Arbeitskolben kann durch geeignete Um- steuerung verlängert werden
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfin- dung näher erläutert
Es zeigen
Fig 1 einen schematischen Längsschnitt durch den Schlaghammer während des normalen Vorschubbetriebes,
Fig 2 das rückwärtige Ende des Schlaghammers während des Ruckzugsbetnebes, und Fig. 3 eine vergrösserte Darstellung des vorderen Endes des Schlaghammers
Der Schlaghammer weist ein langgestrecktes Gehäuse 10 auf, in dem ein Arbeitszylinder 11 ausgebildet ist.
In dem Arbeitszylinder 11 ist der Arbeitskolben 12 axial bewegbar Der Arbeits- kolben 12 schlägt auf das Einsteckende 13, das axial verschiebbar im Hammergehäuse geführt ist und eine Verzahnung 14 für den Drehantrieb aufweist Am vorderen Ende 15 des Einsteckendes 13 wird ein (nicht dargestelltes) Bohrgestänge angeschraubt, das über das Einsteckende 13 gedreht und mit Schlägen beaufschlagt wird.
Die Verzahnung 14 des Einsteckendes 13 ist in einem axialen Freiraum 16 untergebracht, in dem das Einsteckende eine vordere und eine hintere Anschlagposition einnehmen kann. In Figur 1 ist die (bezogen auf das Hammergehäuse) hintere Anschlagposition dargestellt.
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Mit vorne ist die Richtung zum Ende 15 bzw zum Bohrgestänge hin bezeichnet, während hinten die Gegenrichtung bezeichnet
Zur Steuerung der Bewegung des Arbeitskolbens 12 dient das Steuerventil 20. Dieses weist einen Steuerkolben 21 auf, der in einem Steuerzylinder 22 bewegbar ist. Das eine Ende des Steuerzylinders 22 ist mit einer Druckleitung 24 verbunden, so dass im Innern des hohlen Steuer- kolbens 21 stets der volle Lieferdruck P herrscht Eine zum Rücklauf R führende drucklose Rück- laufleitung 25 ist mit dem Steuerzylinder 22 und uber eine Leitung 26 mit dem Arbeitszylinder 11 verbunden Ferner sind der Arbeitszylinder 11und der Steuerzylinder 12 durch folgende Leitungen verbunden: Die Druckleitung 24, eine Steuerleitung 27, die drucklose Leitung 26 und eine Wechselleitung 27a.
In dem in Figur 1 dargestellten Zustand befindet sich der Arbeitskolben 12 in der Nähe seines rückwärtigen Umkehrpunktes, während der Steuerkolben 21 noch in der dem Rückhub entspre- chenden Stellung ist Der Rückraum 28a des Arbeitszylinders 11 ist über Leitung 27a mit der Rucklaufleitung 25 verbunden und damit drucklos Auf die vordere Ringkante 28 des Arbeits- kolbens wirkt stets der volle Druck der Druckleitung 24 ein, der den Arbeitskolben zurücktreibt, wenn der Rückraum 28a drucklos ist Der Arbeitskolben 12 verbindet soeben die beiden Leitungen 26 und 27, wodurch die Steuerleitung 27 drucklos wird, so dass im nächsten Moment der Steuer- kolben 21 in seine andere (linke) Endlage gesteuert wird,
die dem Schlaghub des Arbeitskolbens entspricht Hierbei wird dann über das geschlitzte Ende 29 des Steuerkolbens die Wechselleitung 27a mit dem im Innern des Steuerkolbens herrschendem Hochdruck beaufschlagt und andererseits von der Rücklaufleitung 25 abgetrennt. Da die den Rückraum 28a begrenzende Kolbenfläche 30 grösser ist als die Flache der vorderen Ringkante 28, wird der Arbeitskolben 12 nach vorne beschleunigt
Der Arbeitskolben 11weist an seinem rückwärtigen Ende einen zylindrischen Ansatz 31 auf, der durch einen Abdichtungsbereich 32a des Gehäuses hindurchführt und in eine Kammer 32 ragt Am entgegengesetzten Ende der Kammer 32 befindet sich ein zylindrischer Druckraum 33, in dem ein Ambosskolben 34 bewegbar ist Der Ambosskolben 34 weist einen nach vome abstehenden verjüngten Ansatz 35 auf,
der durch eine abgedichtete Öffnung 36 hindurch in die Kammer 32 vordringen kann
Zum Verstellen des Ambosskolbens 34 dient die Steuereinrichtung 37, die zwei Ausgänge 38 und 39 aufweist Der Ausgang 38 ist mit dem vorderen Ende des Druckraums 33 und der Auslass 39 mit dem hinteren Ende des Druckraums 33a verbunden. Durch Druckbeaufschlagung eines der Auslässe 38,39 kann die Stellung des Ambosskolbens 34 im Arbeitsraum 33 und 33a bestimmt werden.
Das rückwärtige Ende des Druckraums 33a ist mit einer Leitung 40 verbunden, die ein Ruck- schlagventil 41 enthält, das nur in Richtung vom Druckraum 33 weg durchlässig ist Vom mittleren Bereich des Druckraums 33 führt eine weitere Leitung 42 zum Auslass des Ruckschlagventils 41.
Bei normalem Bohr- und Schlagbetrieb befindet sich der Ambosskolben 34 in seiner in Figur 1 dargestellten Rückzugsposition, in der sein Ansatz 35 von dem Arbeitskolben 12 nicht erreicht wird
Die Steuereinrichtung 37 enthält einen Steuerschieber, der durch ein Signal am Steuereingang 43 von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung bewegt werden kann Am Druckeinlass 44 der Steuereinrichtung 37 ist eine Drosselstelle 45 vorgesehen In der Ruhestellung verbindet die Steuereinrichtung 37 den Druckeinlass 44 mit dem Auslass 38 Dabei fliesst Drucköl vom Druckeinlass 44 durch den Druckraum 33 zur Leitung 42 und von dort zur Leitung 40.
Der Ausgang 39 ist in diesem Zustand gesperrt Im Arbeitszustand der Steuereinrichtung 37 ist der Ausgang 38 gesperrt, während der Druck vom Druckeinlass 44 an den Ausgang 39 gelegt ist Der Ambosskolben 34 wird dadurch vorgeschoben und das Drucköl fliesst weiter durch das Rückschlagventil 41 in Leitung 40.
In beiden Stellungen des Ambosskolbens 34 findet ein ölfluss durch den Druckraum 33 und 33a statt, um Wärme abzuführen. Die Drosselstelle 45 dient der Bemessung der Durchflussrate
Der Einlass 44 der Steuereinrichtung 37 ist mit dem Ausgang einer Maximaldruck-Selektions- einrichtung 47 verbunden. Diese empfängt an ihrem einen Eingang 48 den Druck der Druckleitung 24 und an ihren anderen Eingängen 49,50 die Eingangsdrucke eines hydraulischen Drehmotors 51, der das Einsteckende 13 drehend antreibt.
Die den drei Eingängen 48,49 und 50 zugeführten Betriebsdrücke sind jeweils lastabhängig Da von diesen Betriebsdrücken der grösste durch die
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Steuereinrichtung 37 auf die Druckräume 33 und 33a und die Leitung 40 durchgeschaltet wird, herrscht in der Leitung 40 stets ein Druck, der umso grösser ist, je grösser die beim Schlagbohren entstehende Last ist Der Maximaldruck-Selektionseinrichtung 47 kann z. B auch der jeweilige Betriebsdruck der Vorschubvorrichtung zugeführt werden.
Der Drehmotor 51 treibt eine Ritzelwelle 52, deren Ritzel mit einem Zahnrad 53 kämmt, welches die Verzahnung 14 des Einsteckendes umgibt. Im Innern des Zahnrades 53 befindet sich ein innenverzahntes Mitnahmeteil 54, in dessen Verzahnung die Verzahnung 14 eingreift und das in Lagern 55 des Gehäuses gelagert ist Mit dem Mitnahmeteil 54 ist ein Druckteil 56 verbunden, das beim Bohrvorschub gegen die Brust 57 der Verzahnung 14 drückt und dadurch das Einsteck- teil 13 vorschiebt
Die vom rückwärtigen Druckraum 33a kommende Leitung 40 führt zu der am vorderen Ende des Gehäuses 10 vorgesehenen Dämpfungsvorrichtung 60 Diese weist zwei ringförmige,
das Ein- steckende 13 umgebende Ringkolben 61 und 62 auf Der Ringkolben 61 wird durch den Druck im Druckraum 63 nach hinten gedrückt und der Dämpfungskolben 62 wird durch den Druck im Druckraum 64 ebenfalls nach hinten gedrückt Das vordere Ende des Dämpfungskolbens 62 stützt sich am rückwärtigen Ende des Dämpfungskolbens 61 ab Die Rückwärtsbewegung des Dämpfungskolbens 62 wird durch einen Anschlagring 65 begrenzt, der gegen einen Gehäuse- anschlag 66 stösst Die Rückwärtsbewegung des Dämpfungskolbens 61 wird uber den Dämpfungs- kolben 62 ebenfalls durch den Anschlagring 65 begrenzt
Der Dämpfungskolben 62 umgibt eine Hülse 67, die in den Feiraum 16 hinein weiter vorsteht als der Anschlagring 65.
Das Ende der Hülse 67 bildet einen ersten Anschlag 68, und das Ende des Anschlagringes 65 bildet einen zweiten Anschlag 69 für die Vorderflanke 70 der Verzahnung 14 Dies bedeutet, dass beim Vorschieben des Einsteckendes 13 (in Bezug auf das Gehäuse 10) die Vorderflanke 70 zunächst gegen den Anschlag 68 stösst und dadurch den Dämpfungskolben 61 nach vorne schiebt Wenn der Dämpfungskolben 61 nachgibt, stosst die Vorderflanke 70 gegen den zweiten Anschlag 69, so dass nachfolgend auch der zweite Dämpfungskolben 62 verschoben wird.
Die Dämpfung erfolgt also stufenweise - zuerst mit einem, dann mit zwei Dämpfungskolben - in Abhängigkeit von der Grosse der auf das Einsteckende 13 wirkenden Kraft
Die Dämpfungsvorrichtung 16 weist ferner einen hydropneumatischen Speicher 71 auf, der mit den beiden Druckräumen 63 und 64 verbunden ist Beim Schlagbetrieb dient die Dampfungs- vorrichtung dazu, das Einsteckende 13, auf das der Hammerkolben geschlagen hat, abzufangen und zu verhindern, dass die kinetische Energie des Einsteckendes (und des Bohrgestänges) das Hammergehäuse stossartig belastet Die hydraulische Vorspannung ist dabei lastabhängig, da der hydraulische Vordruck der Dämpfungsvorrichtung 60, also der Druckanleitung 40, belastungsab- hängig ist
Beim Zuruckziehen des Hammergehauses wird durch Betatigen der Steuereinrichtung 37 der Ambosskolben 34 in die in Figur 2 dargestellte Position vorgeschoben,
so dass der Ambosskolben nunmehr von den Rückhüben des Arbeitskolbens 12 erreicht wird. Die dadurch in der Leitung 40 hervorgerufenen Druckimpulse werden über das Rückschlagventil 41 gehalten, so dass in den Zylinderräumen 63 und 64 der Dämpfungsvorrichtung 60 hohe Drucke entstehen, während die Vorderflanke 70 an dem Anschlag 68 oder sogar an beiden Anschlägen 68 und 69 anliegt Diese Druckimpulse erzeugen daher Stösse, mit denen die Dämpfungskolben 61 und 62 das Einsteck- ende 13 zurückdrücken Es erfolgt also ein lastabhängiges Druckstossen gegen das Einsteckende, wobei die Stossenergie in Abhängigkeit von der auf das Hammergehäuse einwirkenden Rückzugs- kraft entweder einstufig (nur von dem Dämpfungskolben 61) oder zweistufig (von beiden Dämpfungskolben 61 und 62)
aufgebracht wird
Der Zylinderraum 64 der Dämpfungseinrichtung 60 ist über eine Drosselstelle 72 mit dem Rucklauf R verbunden, so dass die Dämpfungsvorrichtung 60 zum Zwecke der Wärmeabführung ständig von Drucke) durchströmt ist
Es besteht die Moglichkeit, den Arbeitskolben 12 beim Zurückziehen des Hammergehäuses 10, also wenn sich das Einsteckende 13 in seiner vorderen Endstellung befindet, so zu steuern, dass der vordere Umkehrpunkt vorverlagert ist und der Arbeitskolben auch in diesem Zustand das Einsteckende noch erreicht Dann werden beim Zurückziehen sowohl vorwärts gerichtete Schläge auf das Einsteckende als auch rückwärts gerichtete Schläge auf den Ambosskolben 34 ausgeübt.
Bei den Vorwärtschlägen wird jeweils der hydropneumatische Speicher 71 über die Dämpfungs-
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